ГАСИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ВОДНОГО ПОТОКА Российский патент 2024 года по МПК E02B8/06 

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии водного потока после напорных водоводов в водобойном колодце.

Известен гаситель энергии водного потока, включающий водобойную камеру и делитель потока, дно водобойной камеры выполнено в виде цилиндрических поверхностей расположенных по оси сооружения, и делитель потока установлен между ними (Авторское свидетельство SU Е02В 8/06 от 28.06.21982).

Недостатком известного гасителя является неполнота устранения возникающих волн по пути гашения энергии потока в колодце во всем диапазоне пропускаемых в нем расхода, т.к. основное гашение происходит для донного течения и являющегося источником повышенной пульсации скоростей опасных для устойчивости ложа канала. Через струенаправляющие стенки волна перекатывается в отводящее ложе канала.

Известно также устройство для гашения энергии потока воды, включающее расположенный между подводящим и отводящим каналами с вертикальными стенками и отводящим каналом расширяющийся в плане водобойный колодец с вертикальными стенками и порогом, оно снабжено двумя уступами, каждый из которых примыкает к одной из стенок колодца в начальной его части и выполнен с верхней плоской гранью, боковой вертикальной гранью, расположенной в одной плоскости со стенкой подводящего водовода, и передней гранью, выполненной с уклоном в сторону отводящего канала (Авторское свидетельство SU №1341326, Е02В 8/06 от 30.09.1987).

Недостатком этого устройства является наличие сосредоточенного в центральной участи устройства потока, поступающего в отводящий канал и являющегося источником повышенной пульсации скоростей опасных для устойчивости ложа канала.

Известен водосброс, включающий камеру, напорные галереи с затворами, сообщенные с верхним бьефом и подключенные к смесительной камере навстречу друг другу, воздуховод, сообщающий смесительную камеру с атмосферой, водобойную камеру, расположенную под смесительной камерой, и отводящий водовод, соединяющий водобойную камеру с нижним бьефом, при этом он снабжен поперечной водобойной стенкой, установленной в водобойной камере под смесительной камерой и выполненной с обращенной вверх и в сторону верхнего бьефа вогнутой гранью в четверть цилиндрической поверхности, радиус которой равен длине смесительной камере (Авторское свидетельство SU №1504307, Е02В 8/06 от 30.08.1989).

Недостатком является то, что после соударения потоков в смесительной камере и в водобойной камере отсутствует заметное в большей степени вращение, которое в основном отходит от центра камеры, образуется распластанность вращающегося потока из-за прямоугольной формы камеры в поперечном сечении. Любой закрученный поток имеет две характерные особенности: вихросодержащую центральную область (вихревое яро) со значительной завихренностью и периферийную область с малой завихренностью. Вихревое ядро является нестационарной областью потока, в которой зарождаются возмущения, нарушающие его осевую симметрию. В результате, теряя циркуляцию, а с ней теряя стабилизирующее силовой центробежное поле, поток оказывается неспособным подавлять эти несимметричные возмущения. И переходят от симметричной формы к спиралевидной. Дальнейшее вырождение циркуляции приводит к распаду циркуляционного течения в связи со слабостью остаточной закрутки. Описание явления происходит в отводящих водоводах на большой длине (более 60 их диаметров), а также при входе закрученного потока под уровень нижнего бьефа. Потерю движения следует признать неприемлемым для высоконапорных водосбросных сооружений.

Такую форму выхода высокоскоростной струи от сооружения с описанными недостатками с отводящим водоводом, с динамикой при распаде течения в пределах проточного такта будет предложено ниже новым техническим решением.

Кроме того, другим недостатком является то, что в теле подпорного сооружения плотины камера соединена с отводящим водоводом в виде трубы с подтоплением с нижнего бьефа для снижения кинетической энергии потока, выходящего из водовода. Однако в таких водоводах - это малая пропускная способность затопленных с выходящим воздухом, в котором движение потока происходит в виде пробкового течения в нем. Таким образом, от выходного отверстия (щели) в водобойной камере выходное отверстие расположено ближе к потолку отводящей трубы (водовода), происходит воздушное скопление из-за подпора воды, так как нижний бьеф подтоплен, и такие пробки не могут быть ликвидированы полностью. Кроме того, не исключается возможность гидравлического удара, что отрицательно сказывается на надежности сооружения в целом, и оно недостаточно эффективно при работе в открытом режиме канала из-за недостатков конструкции.

Известны также гасители энергии водного потока RU: №2574472; №2524987; №2705849; №2708523. Однако известные устройства сложны, обусловленные многочисленными элементами в изготовлении, а значит, недостаточная эффективность их эксплуатации, кроме того, сама форма движения потока воды зависит от расположения в полости камеры элементов устройств, т.е. отсутствует ступенчатый каскад гасительных перегородок с поворотами при движении воды по высоте камеры гашения, а это не делает камеру экономичнее.

Наиболее близким к предложенному по назначению, технической сущности и достигаемому результату является устройство для гашения энергии водного потока, включающее расширяющийся колодец с вертикальными стенками, расположенные в нем симметрично оси колодца кривые в виде дуг, порог, подводящий и отводящий водоводы, при этом расширяющаяся часть колодца имеет вид усеченного конуса и снабжена закрепленными в ее полости ниже подводящего водовода несколькими уровнями отражателями потока воды, расположенными симметрично оси вертикального колодца и установленными большими основаниями в сторону дна колодца, при этом каждый из отражателей имеет форму пирамидального рассекателя, ниже которых по обеим вертикальным стенкам устроены циклогасительные чаши, размещенные в конце расширения усеченного конуса, при этом в месте выхода потока из колодца отверстие последнего перекрыто вертикальной консольной стенкой и подключено к корпусу в виде дополнительной камеры гашения с порогом, верхняя часть которого связана с отводящей трубой и с отводящим каналом (Патент RU №2610126, Е02В 8/06 от 08.02.2017).

Недостатком известного устройства в виде гасителя энергии водного потока является недостаточно высокое гашение кинетической энергии в расширяющемся конусе, так как ограничено расширением отражателями потока в пределах непосредственно на оси колодца по высоте, а значит, недостаточная эффективность его эксплуатации. Кроме того, недостающее перемешивание самого потока в движении сверху вниз при соударении в сторону выпускного отверстия, сопряженного с колодцем при применении каскадных многоярусных отражателей, имеющих форму пирамидального рассекателя.

Следует иметь в виду, что эффект гашения в известном устройстве несколько понижается в сторону движения воды в камере, т.е. отсутствует многоступенчатый каскад каналов с поворотами при движении воды по высоте камеры гашения, а это не делает камеру экономичнее.

Технический результат заключается в повышение эффективности работы рабочей камеры, которая разделена по высоте многоярусными установленными различным по форме отражательными экранами (перегородками) в виде наклонных и изогнутых в сторону оси колодца, и поступающего на дно водобойного колодца.

Технический результат достигается тем, что гаситель энергии водного потока включает колодец с вертикальными стенками, подводящий и отводящий водоводы, при этом колодец снабжен закрепленными в его полости ниже подводящего водовода несколькими уровнями отражателей потока воды, расположенными симметрично оси вертикального колодца, при этом в месте выхода потока из колодца отверстие последнего перекрыто вертикальной консольной стенкой, за которой расположена дополнительная закрытая камера гашения с порогом, согласно изобретению, верхняя часть колодца в центре симметрично оси имеет сужающийся вниз стакан, ниже которого колодец разделен по высоте многоярусными установленными наклонно перегородками, закрепленными наклонно в сторону вертикальной оси колодца, средняя часть колодца имеет наклонные перегородки конусообразного вида и дополнительно установленные перегородки в виде дуг выпуклостью в сторону оси вертикального колодца, нижняя часть колодца имеет закрепленные несколькими уровнями наклонные в сторону оси колодца перегородки, ниже которых в центре в начале выпускного патрубка размещен отражатель потока V-образной формы, основание которого направлено в сторону наклонных перегородок, а вершина его направлена в сторону выпускного патрубка и колодца камеры гашения.

Кроме того, выпускной патрубок расположен в месте выхода потока в колодец, отверстие последнего перекрыто вертикальной стенкой и подключено к корпусу в виде дополнительной камеры гашения с порогом, причем вертикальная стенка закреплена ниже выпускного отверстия отводящего трубопровода.

Такое выполнение гасителя от взаимосвязанных элементов способствует гашению энергии водного потока за счет многократного изменения направления по высоте рабочей камеры смешения от закрепленных многоярусных установленными наклонно отражателями экранами (перегородками) различной формы в сечении поперечном. Далее поток поступает в сторону дополнительной камеры гашения за счет вертикальной консольной подпорной перегородки, размещенной ниже дна выходного отверстия отводящего трубопровода. Таким образом, реализуется массообмен потока по высоте корпуса камеры с водобойным колодцем.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где гаситель энергии водного потока, общий вид.

Гаситель энергии водного потока включает водовод 1 с впускным патрубком 2 сверху крышки 3, выпускной патрубок 4. Колодец 5 выполнен многоярусными каскадами и состоит из верхней высотной в центре симметрично оси сужающий вниз стакан 6. Средняя часть камеры 5 имеет перегородки 7 наклонного конусообразного вида и дополнительно установленные сферические перегородки 8 в виде дуг выпуклостью в сторону оси вертикального колодца 5. Нижняя часть камеры 5 имеет закрепленные несколькими уровня наклонными перегородками 9 в сторону оси колодца 5 и размещенный в центре начало выпускного патрубка 4 отражатель потока V-образной формы в виде усеченного конуса 10, основание которого направлено в сторону кольцевого зазора наклонных под углом перегородок 9, а вершина его направлена в сторону выпускного патрубка 4, подающий в колодец 11 камеры гашения. Такое расположение устройств образуют многоярусный канал с поворотами по высоте камеры 5 для движения потока воды вниз в сторону усеченного конуса 10, далее в сторону выпускного патрубка 4 (количество каналов может быть разным по высоте с расположенными устройствами в колодце 5).

Дно 12 колодца 11 имеет удлинение его в сторону отводящего трубопровода 13. Дополнительная закрытая камера 14 гашения расположена за вертикальной консольной стенкой 15, дно закрытой камеры 14 гашения которой расположено в одной плоскости с дном 12 колодца 11, имеет порог 16. При этом закрытая камера 14 гашения, которая в конце имеет перегородку 17, в плане соединена через выпускное отверстие 18 с отводящим трубопроводом 13, причем вертикальная консольная стенка 15 закреплена ниже выпускного отверстия отводящего трубопровода 13. Перегородка 17 предназначена для применения напорного вытекающего потока из отверстия колода 11, где общий поток выходит с пониженными донными и поверхностными скоростями.

Пример конкретного выполнения.

Предлагаемая конструкция гасителя энергии водного потока работала следующим образом. Поступающий поток из водовода 1 проходит через впускной патрубок 2, и разделялся на несколько частей, одна из которых проходила через сужающий стакан 6 вниз. Для интенсивного гашения воды в процессе движения по наклонным и сферическим многоярусным каскадным каналам, образованных перегородками 7, 8 и 9 с усеченным конусом 10, они существенно с поворотами оказывают сопротивления, смешения потоков и давление воды с повышением эффективности гашения энергии потока, при этом каждая часть воды в движении поступает ниже на следующую ступень наклонной 7 и сферической 8 перегородок, и нескольких ниже наклонных перегородок 9, заполняя, соответственно, и нижнюю часть камеры 5 в зоне установки отражателя потока в виде усеченного конуса 10, основание которого направлено вверх, где движение потока с поворотами вынуждено перемешиваться по высоте камеры 5.

Угол наклона перегородок определяется расчетным путем на основе гидравлических расчетов сооружения в целом, и связан с движением потока сверху вниз, который является функцией скорости движения, таким образом, чтобы обеспечить движение потока в сторону выпускного патрубка 4 в колодец 11. Таким образом, наклонные перегородки 7, 9 и сферическая перегородка 8 в виде дуг выпуклостью в сторону оси вертикального колодца 5, создают торможению потоку, двигающемуся вниз с подпором со стороны усеченного конуса 10, и влияют на скорость воды. Приводящие с учетом ее многократных поворотов к частичному гашению кинетической энергии.

При движении потока воды по высоте камеры 5 она смешивается слоями, заполняет полость камеры 5. В процессе такого расслоения потока он направляется и продолжает двигаться вниз в сторону усеченного конуса 10 и выпускного патрубка 4. Практически погашенный вертикальный поток воды в районе выхода камеру гашения колодца 11 соединяется в ней в толще воды.

Заполнение водой в нижней части колодца 11 одновременно является слоем толщины воды наполнения уровня его, что гасит падающий поток сверху после его многоярусного каскадного и поворотного движения за счет каналов, образованных между различными по форме наклонными перегородками 7, 8, 9 с усеченным конусом 10, а окончательно гашение кинетической энергии происходит в дополнительной закрытой камере 14, заполнение которой зависит от перегородки 17 над выпускным отверстием 18 порога 16, а также через связь с расположением консольной стенки 15, закрепленной ниже выпускного отверстия отводящего трубопровода 13.

Эффективность тем выше, чем приобретает массовая энергетическая плотность гашения скоростей потоку многоярусных каскадных каналов между различными наклонными перегородками по форме их выполнения с наклоном в сторону оси вертикального колодца с поворотами по кругу полости корпуса камеры 5, а также с дополнительной работы закрытой камеры 14 гашения со стороны перегородки 17 над порогом 16 и расположением консольной стенки 15. Где поток направляется в сторону отводящего трубопровода 13. Окончательно погасив кинетическую энергию водного потока, обеспечивает возможность существенно предохранить отводящий канал от размыва в непосредственной близости отводящей трубы, связанной с камерой гашения.

Для оценки эффективности предложенного сооружения гасителя энергии водного потока, наличие многоярусных каскадных наклонных под углом и сферической перегородки, и отражателя потока V-образной формы по высоте корпуса камеры, а также с перетоком воды на наклонные перегородки сверху поток вначале который разделен в центре симметрично оси колодца сужающимся стаканом вниз, оказывается весьма эффективным и может применено для объектов гашения водного потока после напорных водоводов в водобойном колодце, в котором дополнительно размещены предложенные элементы устройства.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для гашения энергии водного потока после напорных водоводов в водобойном колодце. Гаситель энергии водного потока включает колодец с вертикальными стенками, подводящий и отводящий водоводы, при этом колодец снабжен закрепленными в его полости ниже подводящего водовода несколькими уровнями отражателей потока воды, расположенными симметрично оси вертикального колодца, при этом в месте выхода потока из колодца отверстие последнего перекрыто вертикальной консольной стенкой, за которой расположена дополнительная закрытая камера гашения с порогом. Верхняя часть колодца в центре симметрично оси имеет сужающийся вниз стакан, ниже которого колодец разделен по высоте многоярусными установленными наклонно перегородками, закрепленными наклонно в сторону вертикальной оси колодца, средняя часть колодца имеет наклонные перегородки конусообразного вида и дополнительно установленные перегородки в виде дуг выпуклостью в сторону оси вертикального колодца, нижняя часть колодца имеет закрепленные несколькими уровнями наклонные в сторону оси колодца перегородки, ниже которых в центре в начале выпускного патрубка размещен отражатель потока V-образной формы, основание которого направлено в сторону наклонных перегородок, а вершина его направлена в сторону выпускного патрубка и колодца камеры гашения. Техническим результатом является повышение эффективности работы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гаситель энергии водного потока, включающий колодец с вертикальными стенками, подводящий и отводящий водоводы, при этом колодец снабжен закрепленными в его полости ниже подводящего водовода несколькими уровнями отражателей потока воды, расположенными симметрично оси вертикального колодца, при этом в месте выхода потока из колодца отверстие последнего перекрыто вертикальной консольной стенкой, за которой расположена дополнительная закрытая камера гашения с порогом, отличающийся тем, что верхняя часть колодца в центре симметрично оси имеет сужающийся вниз стакан, ниже которого колодец разделен по высоте многоярусными установленными наклонно перегородками, закрепленными наклонно в сторону вертикальной оси колодца, средняя часть колодца имеет наклонные перегородки конусообразного вида и дополнительно установленные перегородки в виде дуг выпуклостью в сторону оси вертикального колодца, нижняя часть колодца имеет закрепленные несколькими уровнями наклонные в сторону оси колодца перегородки, ниже которых в центре в начале выпускного патрубка размещен отражатель потока V-образной формы, основание которого направлено в сторону наклонных перегородок, а вершина его направлена в сторону выпускного патрубка и колодца камеры гашения.

2. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что выпускной патрубок расположен в месте выхода потока в колодец камеры гашения, выпускное отверстие которого перекрыто вертикальной стенкой и подключено к корпусу дополнительной камеры гашения с порогом, причем вертикальная стенка расположена ниже выпускного отверстия отводящего трубопровода.